黄明吉等：SLM-316L细丝脂润滑摩擦磨损性能 841 损痕迹，这两种摩擦速度下细丝的磨损深度也较大 值为0.02Nms1和Fv值为0.04Nms.Fv值为 由图7（©）可以看出，试件表面较其它速度较为光 0.04Nms的摩擦系数比Fv值为0.02Nms 滑，但有少量磨屑，氧元素的原子百分比略高于未 的摩擦系数减小约16%，而磨损率减小约31%， 摩擦SLM-316L细丝，因此主要磨损机制为磨粒磨 因此，该SLM-316L细丝最理想的使用工况为 损和轻微的氧化磨损.由于摩擦生热，使得上下试 F等于0.04Nms时，即载荷10N,摩擦速度 件表面温度升高，润滑膜温度升高，黏性降低，同 240 mm:min 时润滑膜所受的剪切力也随速度的升高而增大，两 3结论 者共同作用使得润滑膜能够及时供应，从而形成 稳定的润滑膜，带走摩擦产生的磨粒防止进一步 (1)脂润滑条件下，SLM-316L细丝的摩擦系 磨损试件表面24-同时，由于试件温度的升高， 数随载荷的增大而减小，磨损率随载荷的增大呈 加速了表面氧化物的生成，表面氧化物同样能够 先降后升的趋势，当载荷为10N时，磨损率最小 起到薄膜润滑的作用，从而减小摩擦系数，Zu等 为0.0575 的研究中也观察到了类似的现象，他们认为表面 (2)脂润滑条件下，SLM-316L细丝的摩擦系 形成的氧化物可以避免金属和金属直接接触，从 数和磨损率均随速度的增加呈先升后降趋势.当 而减少摩擦磨损2.图7(d)为速度300 mm'min 摩擦速度为240和300 mm'min1时，细丝磨损率基 的SEM图和EDS图.与图7(c)对比，该试件表面 本相同.摩擦速度240 mm'min能够在保证磨损 的磨粒更少，氧元素的原子百分比较未摩擦SLM 率较小的同时保持较高的摩擦系数，使摩擦磨损 316L细丝变化不大，这是因为该条件下周围的润 性能最优 滑脂循环更快，能够及时将磨粒带走，避免磨粒进 (3)SLM-316L细丝在低载荷下磨损机制主要 一步磨损试件，同时带走大量摩擦产生的热量，防 为磨粒磨损和轻微的氧化磨损，较高载荷下氧化 止试件表面软化，因此磨损深度最小) 磨损加剧并伴随疲劳磨损；低速度下磨损机制主 2.3Fv因子对摩擦系数和磨损率的影响 要为疲劳磨损和氧化磨损，较高速度下，氧化磨损 图8是摩擦系数、磨损率随Fv变化的柱状 作用减弱，以磨粒磨损为主 图.由图可以看出，随着Fv值的增大，摩擦系数呈 (4)摩擦系数随Fv值的增大而减小，磨损率 下降趋势，在Fv值为0.02Nms时摩擦系数最大 随Fv值的增大呈先升后降再升的变化趋势.SLM- 为0.4232.而磨损率呈先升后降再升的变化趋势 316L细丝最理想的使用工况为Fv等于0.04Nms, 当Fv值为0.02Nms1时磨损率较小，为0.0831 即载荷10N、摩擦速度240mm'min. 当Fv值为0.04Nms时磨损率第二次达到极 奋 考文献 小值，为0.0575，与Fv值为0.05Nms1时的磨损 [1]Lu C Z,Li J Y,Zhou B Y,et al.Effect of metallic wire materials 率0.0579几乎相等.综合摩擦系数和磨损率对 characteristics on the fatigue properties of metal rubber.J Vib 比分析，可以得出2种比较理想的使用工况：Fv Sh0ck,2018,37(24:137 0.50 0.16 (卢成壮，李静媛，周邦阳，等.金属丝特性对金属橡胶疲劳性能 0.45 Frictional coefficient 的影响.振动与冲击，2018,37(24)：137) ☒Wear rate 0.14 0.40 [2] Dong X P,Liu G Q,Niu L,et al.Fretting wear of stainless steel 0.12 0.35 wires in metal rubber damping components.Tribology,2008. 0.30 00 28(3):248 0.25 0.08 (董秀萍，刘国权，牛犁，等.金属橡胶隔振构件中不锈钢丝的微 0.20 0.06 动摩擦磨损性能研究.摩擦学学报，2008,28(3)：248) 0.15 [3] 0.04 Bai H B,Zhan Z Q,Ren Z Y.Progress and prospect of acoustic 0.10 properties of metal rubber.J Vib Shock,2020.39(23):242 0.05 0.02 (白鸿柏，詹智强，任志英.金属橡胶声学性能研究进展与展望 0 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 振动与冲击，2020,39(23)：242) Fv/(N-m's) [4]Liu B Q,Fang G,Lei L P.An analytical model for rapid predicting 图8不同F,下摩擦系数稳定值和磨损率变化趋势图 molten pool geometry of selective laser melting (SLM).Appl Math Fig.8 Stable value of the friction coefficient and wear rate at different Model.2021.92:505 Fy values [5]Hsu T H.Huang P C.Lee M Y.et al.Effect of processing损痕迹，这两种摩擦速度下细丝的磨损深度也较大. 由图 7（c）可以看出，试件表面较其它速度较为光 滑，但有少量磨屑，氧元素的原子百分比略高于未 摩擦 SLM-316L 细丝，因此主要磨损机制为磨粒磨 损和轻微的氧化磨损. 由于摩擦生热，使得上下试 件表面温度升高，润滑膜温度升高，黏性降低，同 时润滑膜所受的剪切力也随速度的升高而增大，两 者共同作用使得润滑膜能够及时供应，从而形成 稳定的润滑膜，带走摩擦产生的磨粒防止进一步 磨损试件表面[24−25] . 同时，由于试件温度的升高， 加速了表面氧化物的生成，表面氧化物同样能够 起到薄膜润滑的作用，从而减小摩擦系数，Zhu 等 的研究中也观察到了类似的现象，他们认为表面 形成的氧化物可以避免金属和金属直接接触，从 而减少摩擦磨损[26] . 图 7（d）为速度 300 mm·min−1 的 SEM 图和 EDS 图，与图 7（c）对比，该试件表面 的磨粒更少，氧元素的原子百分比较未摩擦 SLM- 316L 细丝变化不大，这是因为该条件下周围的润 滑脂循环更快，能够及时将磨粒带走，避免磨粒进 一步磨损试件，同时带走大量摩擦产生的热量，防 止试件表面软化，因此磨损深度最小[27] . 2.3    Fv 因子对摩擦系数和磨损率的影响 图 8 是摩擦系数、磨损率随 Fv 变化的柱状 图. 由图可以看出，随着 Fv 值的增大，摩擦系数呈 下降趋势，在 Fv 值为 0.02 N·m·s−1 时摩擦系数最大 为 0.4232. 而磨损率呈先升后降再升的变化趋势. 当 Fv 值为 0.02 N·m·s−1 时磨损率较小，为 0.0831. 当 Fv 值为 0.04 N·m·s−1 时磨损率第二次达到极 小值，为 0.0575，与 Fv 值为 0.05 N·m·s−1 时的磨损 率 0.0579 几乎相等. 综合摩擦系数和磨损率对 比分析，可以得出 2 种比较理想的使用工况：Fv 值为 0.02 N·m·s−1 和 Fv 值为 0.04 N·m·s−1 . Fv 值为 0.04  N·m·s−1 的 摩 擦 系 数 比 Fv 值 为 0.02  N·m·s−1 的摩擦系数减小约 16%，而磨损率减小约 31%， 因此 ， 该 SLM-316L 细丝最理想的使用工况 为 Fv 等 于 0.04  N·m·s−1 时 ，即载 荷 10  N，摩擦速 度 240 mm·min−1 . 3    结论 （1）脂润滑条件下，SLM-316L 细丝的摩擦系 数随载荷的增大而减小，磨损率随载荷的增大呈 先降后升的趋势，当载荷为 10 N 时，磨损率最小 为 0.0575. （2）脂润滑条件下，SLM-316L 细丝的摩擦系 数和磨损率均随速度的增加呈先升后降趋势. 当 摩擦速度为 240 和 300 mm·min−1 时，细丝磨损率基 本相同. 摩擦速度 240 mm·min−1 能够在保证磨损 率较小的同时保持较高的摩擦系数，使摩擦磨损 性能最优. （3）SLM-316L 细丝在低载荷下磨损机制主要 为磨粒磨损和轻微的氧化磨损，较高载荷下氧化 磨损加剧并伴随疲劳磨损；低速度下磨损机制主 要为疲劳磨损和氧化磨损，较高速度下，氧化磨损 作用减弱，以磨粒磨损为主. （4）摩擦系数随 Fv 值的增大而减小，磨损率 随 Fv 值的增大呈先升后降再升的变化趋势. SLM- 316L 细丝最理想的使用工况为 Fv 等于 0.04 N·m·s−1 ， 即载荷 10 N、摩擦速度 240 mm·min−1 . 参    考    文    献 Lu C Z, Li J Y, Zhou B Y, et al. Effect of metallic wire materials characteristics  on  the  fatigue  properties  of  metal  rubber. J Vib Shock, 2018, 37（24）: 137 （卢成壮, 李静媛, 周邦阳, 等. 金属丝特性对金属橡胶疲劳性能 的影响. 振动与冲击, 2018, 37（24）：137） [1] Dong X P, Liu G Q, Niu L, et al. Fretting wear of stainless steel wires  in  metal  rubber  damping  components. Tribology,  2008, 28（3）: 248 （董秀萍, 刘国权, 牛犁, 等. 金属橡胶隔振构件中不锈钢丝的微 动摩擦磨损性能研究. 摩擦学学报, 2008, 28（3）：248） [2] Bai H B, Zhan Z Q, Ren Z Y. Progress and prospect of acoustic properties of metal rubber. J Vib Shock, 2020, 39（23）: 242 （白鸿柏, 詹智强, 任志英. 金属橡胶声学性能研究进展与展望. 振动与冲击, 2020, 39（23）：242） [3] Liu B Q, Fang G, Lei L P. An analytical model for rapid predicting molten pool geometry of selective laser melting (SLM). Appl Math Model, 2021, 92: 505 [4] [5] Hsu  T  H,  Huang  P  C,  Lee  M  Y,  et  al.  Effect  of  processing 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Frictional coefficient Fv/(N·m·s−1) Frictional coefficient 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Wear rate Wear rate 图 8    不同 Fv 下摩擦系数稳定值和磨损率变化趋势图 Fig.8    Stable value of the friction coefficient and wear rate at different Fv values 黄明吉等： SLM-316L 细丝脂润滑摩擦磨损性能 · 841 ·